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ICEB CAFé
Bioclimatic – tic…
Paris 18 novembre 2013
Bernard SESOLIS
sesolution
Questions préalables
A. Le bioclimatisme : est-ce un sujet méritant encore réflexion ?
B. Est-il pertinent d’envisager l’actualisation du « bioclimatique » ?
Question A le bioclimatisme : un sujet méritant encore réflexion ?
Constat
1) La démarche bioclimatique est une composante essentielle pour concevoir,
construire et exploiter les bâtiments, l’urbain et l’aménagement des territoires
dans une démarche de DD
2) Une approche restée marginale… mais une volonté des Pouvoirs Publics
de la généraliser à travers la RT 2012
Donc réponse à la question A :
OUI, il est indispensable de cultiver ce concept comme certains, trop
peu nombreux, le font, l’appliquent et le font savoir
Question B Est-il pertinent d’envisager l’actualisation du « bioclimatique » ?
Constat
1) Des principes définis dans les années 1970-80 et qui restent
curieusement consensuels
2) Des changements importants depuis : le climat, les enjeux, les moyens
Donc, réponse à la question B :
OUI il faut continuer (entamer ?) le travail sur l’actualisation
de la démarche
Par où commencer ?
Premiers repérages Ce qui a changé, ce qui est immuable
depuis les « années solaires », post chocs pétroliers (années 80)
Etat des lieux 1983 - 2013
• Ce qui reste : Le soleil est toujours au Sud
• Ce qui a peu avancé : La prise en compte du vent
L’approche urbaine
Les couplages énergie/bruit/ hygrométrie/QAI dans les modèles de calculs
Les représentations de l’usager
• Ce qui a bougé et qui va évoluer vite :
Les enjeux environnementaux, facteur 4, pénuries, précarités
Le climat
Les moyens conceptuels (outils) et techniques (offres industrielles)
Zoom sur le « bioclimatisme »
Les caractéristiques du « bioclimatisme » :
un mélange de pertinences et de dogmes
Les vertus mises en avant :
La réduction des besoins
L’ héliotropisme EnR
Le « bon sens » les leçons des anciens (le vernaculaire)
Les matériaux naturels l’anti lobbysme, les circuits courts, l’énergie grise
La ventilation naturelle pas d’électricité, QAI
La biodiversité
En opposition explicite avec :
La standardisation
L’usage des énergies fossiles (en particulier les produits issus du pétrole)
L’électricité (sous entendu, nucléaire), en particulier, la climatisation
Les produits des grands groupes industriels (sous entendu dominateurs,
pollueurs,….)
La technocratie (règlementations, certifications,…)
Cela commence par l’approche globale des
données du site….
D’après « guide de l’architecture bioclimatique » Liébard- De Herde
…Et se focalise souvent sur l’énergie intégrée dès
la phase esquisse
Construire avec le climat des principes diffusés enfin en formation initiale :
analyse du site et de la parcelle : soleil, masques, vents, terrain, accès,…
implantation du bâtiment et plan-masse : forme et première organisation des
espaces intérieurs
système constructif, façades, taux et orientations des vitrages, isolation,
protections
Mais parfois en décalage par rapport au contexte actuel et futur
Signaux et icônes du bioclimatisme
Bâtiment passif
Ventilation naturelle
Protection des
vents…du
nord
L’habitat bioclimatique : un sujet largement abordé…
…se résumant encore selon des schémas consensuels,
immuables et directifs
Un héliocentrisme forcené toujours cité en exemple
Centre touristique Inselwelt-Jois / Neusiedler See –Autriche 71 logements de vacances
des stratégies traitant une moitié de l’année …1980
Des réponses “copier/coller”
Prix Maison Bioclimatique
Catégorie Maison individuelle
Maison David à Saint-Laurent-sur-Oust (Morbihan)
Mandataire : Alexandre Favé
2005
« Tour cubique et lignes sobres font
de cette maison signée Maisons
France Confort la parfaite
illustration d'une conception
bioclimatique. »
Le blog de Cycloville
L’architecture bioclimatique, un concept en
voie de développement
Maison bioclimatique (source: google images )
Source : « guide de l’architecture bioclimatique » Liébard – De Herde
une démarche principalement centrée sur le chauffage
L’espace de captage est l’espace de vie
(apports solaires directs : principe momifié du solaire passif)
Envisageable si les besoins de chauffage restent relativement conséquents
(maisons des années 80-90)
Mais, problématique si les besoins sont drastiquement réduits
En résumé : les poncifs poussifs passifs pour atteindre
les très basses consommations d’énergie
• (d’abord) une enveloppe intrinsèquement
vertueuse (utilisation des potentiels du site)
approche climatique, choix architecturaux,
isolation, apports solaires bénéfiques)
• (ensuite) des équipements très performants et
adaptés aux besoins
• (enfin, si besoin) le recours aux énergies
renouvelables
Attention aux interprétations (?) hâtives
Des raisonnements linéaires et additifs
Tout d’abord, le « passif » comme vertu première réduction drastique des besoins de chauffage
par réduction des déperditions (compacité, même en tertiaire !, hyperisolation, ventilation DF)
puis contribution des apports solaires principalement via les parois vitrées (héliocentrisme)
1er résultat : les apports solaires deviennent souvent pléthoriques. Mais heureusement la casquette
va protéger du soleil d’été !...et la question des surchauffes en hiver et mi-saison passe à la trappe
Ensuite, mise en avant du DD « circuits courts » et minimisation des énergies grises
produits bio-sourcés
2ème résultat : les autres critères environnementaux sont, au mieux, placés au second plan
(méfiance sur les FDES et certifications) et les caractéristiques des produits souvent
tronquées dans le sens attendu (particulièrement avec les isolants)
Et puis, le froid est banni, l’éclairage naturel est magnifié, pour l’ECS, on verra plus tard, la MDE
est au troisième plan….et si on pouvait se passer de système de chauffage…
3ème résultat : plus de tuyaux, de gaines, d’électricité pour les auxiliaires, …bref, d’abord l’architecte.
Les ingénieurs débarqueront plus tard…
Enfin, les usagers seront actifs, responsables, dynamiques, concernés.
Comment ? En les informant.
4ème résultat : ça marche avec des militants. C’est décevant avec les autres. Confusion entre
« besoins » et « demandes »
Source : Jean-Pierre Oliva et Samuel Courgey, L’isolation thermique
Extraits de fiches réalisées par HESPUL Mise à jour fin 2012 et 2013
Bilan CO2 par m2 de divers isolants pour une épaisseur correspondant à une résistance thermique de 5 m2.K/W
Commentaire BS : Le passé remplace le futur !!! Et comme les isolants “verts” sont moins
performants, il faut en mettre plus,… et comme ils sont “puits de carbone”, cela donne des puits
encore plus profonds !
Extrait : « Le bilan carbone Un bilan carbone correspond à la quantité d’équivalent CO2 émise pour produire, transporter et mettre en œuvre une unité de matériau (par exemple 1 kg). Il dépend en partie de l’énergie grise, qui est l’énergie qui a été nécessaire à la production de ce matériau. Les matériaux produits et commercialisés localement et ayant subi peu de transformation auront donc un bilan CO2 moins élevé et seront à privilégier. Certains matériaux, dits à stockage de carbone, peuvent même avoir un bilan carbone négatif. C’est le cas des matériaux issus du végétal, fabriqués à partir de plantes ou de bois qui ont absorbé du CO2 pendant leur croissance. »
Le passé remplace le futur…suite
Autre extrait : « Confort thermique d’été En été, l’objectif est de limiter la surchauffe du bâtiment pendant les heures les plus chaudes de la journée. Pour cela, il est nécessaire que les parois possèdent de l’inertie thermique, c’est-à-dire une capacité à stocker la chaleur et à la rediffuser dans l’habitat plus tard lorsqu'il fait plus frais dehors. Cette inertie est généralement apportée par les murs mais aussi et surtout par les planchers et/ou murs de refends. Dans le cas de parois légères (toitures, constructions bois…), l’isolant pourra avoir un rôle à jouer en apportant de l’inertie à la paroi. Il sera alors nécessaire de choisir un isolant ayant une masse volumique importante (à partir de 70 kg/m3). Quelques ordres de grandeur : laine de bois 40 kg/m3, panneaux de laine de bois haute densité 140 kg/m3, Chanvribloc 300 kg/m3, Siporex 400 kg/m3 »
Comment allier le confort d’été et…le bois ?
Dernier extrait : « Le bureau d'études thermiques Il réalise le calcul thermique réglementaire (RT 2012) obligatoire pour les constructions neuves (voir fiche RT 2012). Le calcul thermique réglementaire du bureau d’études thermiques vérifie et valide la prise en compte de l'approche bioclimatique du projet, on parle de calcul du “Bbio”. Notons que certains cabinets d'architecte ont internalisé la compétence et peuvent réaliser ce calcul thermique. Par ailleurs le bureau d'études peut se voir confier différentes missions au cours d'un projet : • Conception/dimensionnement des équipements de chauffage, ventilation, climatisation • Optimisation énergétique du bâtiment en matière architecturale (géométrie, ponts thermiques, surfaces vitrées), de technique d'isolation, du choix des matériaux et des équipements. Cette optimisation peut être réalisée à partir de simulation thermique dynamique permettant de modéliser de manière précise le comportement du bâtiment, et de définir les solutions permettant de limiter les consommations de chauffage et l'inconfort d'été. • Réalisation du diagnostic de performance énergétique (DPE), s'il possède l'agrément et qu'il n'est pas lié au projet. • Réalisation totale ou partielle de maîtrise d'œuvre du projet s'il en a les compétences et les assurances, ce qui peut être pertinent s'il s'agit d'une rénovation thermique. »
Juste pour trouver une transition….
RT 2012
une réglementation nourrissant l’ambigüité
? ?
Besoins réglementaires bioclimatiques : Bbio
Le Bbio comme syndrome d’une volonté écologique et
pédagogique à l’usage des masses laborieuses.
Bbio = 2.(Bbioch+ Bbiofr) + 5.Bbioecl
exigence : Bbio ≤ Bbiomax
.
Bbiomax = Bbiomaxmoyen * [Mbgéo + Mbalt + Mbsurf]
Une bonne idée…mais approche administrative de la
démarche climatique et qui, en outre, passe à côté de l’essentiel
en habitat….
On oublie « climatique » et on garde « bio »…..
Autre aspect : voir annexe 9
Annexe 9 de l’arrêté du 26-10-2013
Pourquoi ici ?
Et non dans le fascicule n°1
des règles Th-Bat ????
La RT 2012 pour éduquer les masses ?
En habitat : la règle du minima à 1/6 de Shab pour les surfaces
vitrées :
Un moyen simple (simplet ?) pour éviter les logements
blockhaus…..
Mais où est passé l’approche climatique ?
Retour sur des sujets moins “idéologiques”
Pour la maîtrise d’œuvre : des objectifs contradictoires
à surmonter
• projet techniquement performant et vertueux pour
l’environnement viser la meilleure qualité d’ambiance
pour le minimum de consommations énergétiques
• projet efficace financièrement à court terme minimiser
l’investissement en visant néanmoins le plus beau et le
plus grand
2 approches architecturales contrastées
• conception architecturale traditionnelle étrangère à
l’énergétique séparation des conceptions « bâti /
équipements » placage du technique sur une
enveloppe déjà conçue
• l’énergétique dans la conception architecturale
approche climatique du projet, démarche HQE (?)
l’esquisse intègre en partie les objectifs énergétiques.
H2
Besoins de
chauffage
[kWh/m².an]
Besoins de froid
[kWh/m².an]
15
Confort d’été satisfaisant Confort d’été problématique
H1 H3
Bâtim
ent «
passif »
Réduction(s) de(s) besoin(s) ???
Extraits du rapport « Le climat de la France au XXIème siècle-volume 2 » de l’ONERC (Observatoire National sur les Effets du Réchauffement Climatique), 02/2012»
Concevoir avec le climat…..qui change
prise en compte des évolutions des Dj
-17 à -18% +54 à + 70%
Concevoir selon le compromis chaud / froid en incluant
l’éclairage
Besoins de
chauffage
[kWh/m².an]
Besoins de froid
[kWh/m².an]
15
Bâtim
ent «
passif »
Sur isolation / transversalité ?
Démarche
climatique
Confort d’été satisfaisant Confort d’été problématique
Pas de sur isolation ?
Démarche traditionnelle : réduire le chaud et veiller au confort d’été et à l’éclairage naturel
Concevoir selon de nouvelles hiérarchies :
froid / éclairage / chaud
Besoins de
chauffage
[kWh/m².an]
Besoins de froid
[kWh/m².an]
15
Bâtim
ent «
passif »
Démarche
climatique
Confort d’été satisfaisant Confort d’été problématique
Doc. « guide de l’architecture bioclimatique »
Liébard – De Herde
Nouvelle démarche : rechercher le confort d’été et l’éclairage naturel en se souciant de très faibles besoins de chauffage
Isoler moins et/ou
vitrer plus au nord
Optimiser selon le
critère « été »
Gérer le nouveau rapport “soleil / isolation”
Reviser les priorités et les principes
Apports solaires directs “passifs” : les fonctions chaud et
éclairage sont couplées
l’usager est dans l’espace de captage
Les besoins “chaud” dépendent du soleil avec risques de
surchauffes importants dans un espace thermiquement très isolé
Nécessité d’une gestion fine (complexe) des apports
Hyperisolation + Apports solaires indirects : les fonctions
chaud et éclairage sont découplées
l’usager est dans un espace conçu pour la lumière
naturelle.
Les très faibles besoins chaud s’affranchisent du soleil. Le
soleil contribue indirectement au chaud et autres postes
gestion plus simple de l’éclairage et réduction des
risques de surchauffe
Attention au « copier-coller » de la démarche pour les logements !
Compacter ou non ?
Comment orienter le bâtiment ?
Vitrer beaucoup ou non ?
Comment vitrer ?
Grande inertie thermique ou non ?
…..
Réponses : STD ! Ne pas être obnubilé par l’évitement du refroidissement
Construire des bâtiments tertiaires avec le climat…
Sensibilités aux paramètres
exemple : influence de la surface des vitrages
20
40
60
80
100
120
1 2 3 4
Co
ns
om
ma
tio
n d
'én
erg
ie p
rim
air
e (
kW
h/m
²/a
n)
Vitrage (% de parois déperditives hors planchers)
Consommation totale d'énergie primaire en fonction du pourcentage de surface vitrée avec variation d'amplitude selon l'orientation
C min (ppale baie Sud et Ouest)
En enseignement zone H1 (4-16-4 argon faible émissivité)
25% 45% 75% 100%
Consommation totale d'énergie primaire en fonction du pourcentage de surface vitrée avec variation
d'amplitude selon l'orientation
150
170
190
210
230
250
20% v 45% v 75% v 100% v
Vitrage (% de parois déperditives hors planchers)
Co
nso
mm
ati
on
d'é
nerg
ie p
rim
air
e (
kW
h/m
²/an
)
Consommation avec
vitrage équiréparti
C max (ppale baie Sud et
Ouest)
C min (ppale baie Nord et
Est)
Influence de la surface et de l’orientation des vitrages
Santé H1 (4-16-4 argon faible émissivité)
Influence de la surface et de l’orientation des vitrages
Consommation totale d'énergie primaire en fonction du pourcentage de surface vitrée avec variation
d'amplitude selon l'orientation
80
100
120
140
160
180
20% v 45% v 75% v 100% v
Vitrage (% de parois déperditives hors planchers)
Co
nso
mm
ati
on
d'é
nerg
ie p
rim
air
e (
kW
h/m
²/an
)
Consommation avec
vitrage équiréparti
C min (ppale baie Nord
et Est)
C max (ppale baie Sud
et Ouest)
Bureaux zone H1 (4-16-4 argon faible émissivité)
Influence de la surface et de l’orientation des vitrages
Consommation totale d'énergie primaire en fonction du pourcentage de surface vitrée avec variation
d'amplitude selon l'orientation
80
100
120
140
160
180
20% v 45% v 75% v 100% v
Vitrage (% de parois déperditives hors planchers)
Co
nso
mm
ati
on
d'é
nerg
ie p
rim
air
e (
kW
h/m
²/an
)
Consommation avec
vitrage équiréparti
C min (baie ppale Nord
et Est)
C max (baie ppale Sud
et Ouest)
Bureaux zone H3 (4-16-4 argon faible émissivité)
Une veille technique encore plus indispensable et
persistante
- pour libérer l’architecture de diktats « vertueux »
- pour ne pas sombrer dans les guerres de chapelles sur les
choix des matériaux, systèmes et équipements
- pour retarder l’obsolescence du projet
- pour mettre en œuvre au plus vite…mais sans précipitation
des innovations afin qu’elles se banalisent plus rapidement
(exemplarité des projets)
Dans « bioclimatique », il y a effectivement « bio »…
Comportements et usages
Attentes / demandes pour les usagers
Que peut-on demander à un occupant ?
Usager « militant » ? Usager déresponsabilisé ?
ni le bâtiment vernaculaire, ni le bâtiment « robot ».
leviers pour concevoir performant et gérable par l’usager :
D’abord : l’information et l’accompagnement
Attention : il se niche toujours dans le détail
Il faut « bien » informer (devoir professionnel)
Il faut ne pas croire que l’information suffit (…autre devoir professionnel)
Histoires d’échecs
- Gestion d’un store devant un mur Trombe…..
- Chaudière individuelle en collectif pour des locataires n’ayant connu que le
chauffage collectif
- Plancher chauffant en EHPAD : « où est le chauffage ? » s’interrogent les occupants
- VMC double-flux en crèches existantes Ville de Paris : pas de budget d’entretien….
- Comptages, outils domotique, GTB;….incompréhensibles
Leviers pour un usage à la hauteur des performances
intrinsèques du bâtiment
Comment obtenir réellement la performance attendue sans sollicitations
ingérables pour l’usager ?
Comment éviter ou réduire a minima l’effet « rebond » ?
Comment concilier les « besoins » (l’offre) et la « demande »
Induction de comportements vertueux par des choix architecturaux et/ou techniques
Automatismes
Ergonomie des interfaces
1 . l’induction de comportements vertueux par des choix
architecturaux et/ou techniques
Quelques exemples
- Fournir une information incitative (€) sur les consommations par poste et
donner les moyens d’agir : mises en place de compteurs/afficheurs et d’organes
de gestion compréhensibles
- Émetteurs de chaleur adaptés aux occupants
- Loggia sur balcon : séchage du linge obligatoirement discret et économe
- Pré-équipement de distribution d’ECS pour lave-linge, lave-vaisselle : évitement
du chauffage de l’eau froide par effet Joule
- Bonne qualité d’air intérieur incitant à ouvrir moins les fenêtres en hiver (VMC
performante, réductions des émissions de polluants,..)
- Enquête précise sur les habitudes des futurs occupants s’ils sont connus
(s’affranchir de l’effet « rebond »)
- Sur la parcelle : protection (pluie, vent) des liaisons piétonnières bâtiment/sortie
de parcelle pour éviter la descente systématique au parking par mauvais temps
2. Les automatismes
Exemples
• Contacts de feuillure : chauffage ou ventilation ou climatisation arrêté si
ouverture de fenêtre
• Asservissement de l’émetteur à la présence ou à la baisse brutale de T°
• Puisage d’ECS asservi (IR, pédale, mélange thermostatique)
• Pommeau de douche microgouttes : eau plus « mouillante »
• Vitrages électrochromes : gestion de la transparence ou de l’opacité progressive
• Eclairage selon la présence et l’éclairage naturel
• VMC asservie à la présence et programmée (hygro, CO2, détection,…) et
bientôt peut-être à d’autres critères (ouvertures de fenêtres, débits/delta T,…)
Attention ! : si les choses bougent, changent indépendamment de la volonté ou du
souhait de l’usager discrétion absolue !
3. L’ergonomie
Exemples à méditer
• robinet thermostatique….1/2/3/4…??????
• tableau de commande de chaudière individuelle
• commande à distance (store, lumière, …)
• programmateur
